目錄

• Linux 下LED 燈驅動原理
• • 地址映射(ioremap映射、iounmap釋放)
  • I/O 內存訪問函數
• 硬件原理圖分析
• 實驗程序編寫
• • LED 燈驅動程序編寫
  • APP測試程序編寫
• 運行測試
• • 編譯驅動程序和測試APP
  • 拷貝led.ko 和ledApp到指定目錄
  • 加載led.ko 驅動模塊到內核
  • 創建應用層“/dev/led”設備節點
  • 運行測試
• 其他：網絡問題解決方法

上一章我們詳細的講解了字符設備驅動開發步驟，并且用一個虛擬的chrdevbase 設備為例完成了第一個字符設備驅動開發。本章我們就開始編寫第一個真正的Linux 字符設備驅動。在I.MX6U-ALPHA 開發板上有一個LED 燈，我們在裸機篇中已經編寫過此LED 燈的裸機驅動。

Linux 下LED 燈驅動原理

Linux 下的任何外設驅動，最終都是要配置相應的硬件寄存器。所以本章的LED 燈驅動最終也是對I.MX6ULL 的IO 口進行配置，與裸機實驗不同的是，在Linux 下編寫驅動要符合Linux的驅動框架。I.MX6U-ALPHA 開發板上的LED 連接到I.MX6ULL 的GPIO1_IO03 這個引腳上。

地址映射(ioremap映射、iounmap釋放)

在編寫驅動之前，我們需要先簡單了解一下MMU，MMU 全稱叫做Memory Manage Unit(內存管理單元)。在老版本的Linux 中要求處理器必須有MMU，但是現在新版Linux 內核已經支持無MMU 的處理器了(STM32可以跑linux了)。MMU 主要完成的功能如下：

①、完成虛擬空間到物理空間的映射。
②、內存保護，設置存儲器的訪問權限，設置虛擬存儲空間的緩沖特性。

重點關注第①點，也就是虛擬空間到物理空間的映射。首先了解兩個地址概念：虛擬地址(VA,Virtual Address)、物理地址(PA，Physcical Address)。對于32 位的處理器來說，虛擬地址范圍是2^32=4GB，我們的開發板上有512MB 的DDR3，這512MB 的內存就是物理內存，經過MMU 可以將其映射到整個4GB 的虛擬空間，如圖41.1.1 所示：

物理內存只有512MB，虛擬內存有4GB，那么肯定存在多個虛擬地址映射到同一個物理地址上去，虛擬地址范圍比物理地址范圍大的問題處理器自會處理，這里我們不去深究，MMU是很復雜的一個東西。

這里就涉及到了物理內存和虛擬內存之間的轉換，需要用到兩個函數：ioremap 和iounmap。

1、ioremap 函數

ioremap 函數用于獲取指定物理地址空間映射的虛擬地址空間，定義在
arch/arm/include/asm/io.h 文件中，定義如下：

1 #define ioremap(cookie,size) __arm_ioremap((cookie), (size), MT_DEVICE) 2 3 void __iomem * __arm_ioremap(phys_addr_t phys_addr, size_t size, unsigned int mtype) 4 { 5 return arch_ioremap_caller(phys_addr, size, mtype, __builtin_return_address(0)); 6 }

ioremap 是個宏，有兩個參數：cookie 和size，真正起作用的是函數__arm_ioremap，此函數有三個參數和一個返回值，這些參數和返回值的含義如下：

phys_addr：要映射給的物理起始地址。
size：要映射的內存空間大小。
mtype：ioremap 的類型，可以選擇MT_DEVICE、MT_DEVICE_NONSHARED、
MT_DEVICE_CACHED 和MT_DEVICE_WC，ioremap 函數選擇MT_DEVICE。

返回值：__iomem 類型的指針，指向映射后的虛擬空間首地址。

假如我們要獲取I.MX6ULL 的IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 寄存器對應的虛擬地址，使用如下代碼即可：

#define SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE (0X020E0068) static void __iomem* SW_MUX_GPIO1_IO03; SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE, 4);

宏SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE 是寄存器物理地址，SW_MUX_GPIO1_IO03 是映射后的虛擬地址。對于I.MX6ULL 來說一個寄存器是4 字節(32 位)的，因此映射的內存長度為4。映射完成以后直接對SW_MUX_GPIO1_IO03 進行讀寫操作即可。

2、iounmap 函數

卸載驅動的時候需要使用iounmap 函數釋放掉ioremap 函數所做的映射，iounmap 函數原型如下：

void iounmap (volatile void __iomem *addr)

iounmap 只有一個參數addr，此參數就是要取消映射的虛擬地址空間首地址。假如我們現在要取消掉IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 寄存器的地址映射，使用如下代碼即可：

iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);

I/O 內存訪問函數

當外部寄存器或內存映射到虛擬內存空間時，稱為I/O 內存。但是對于ARM 來說沒有I/O 空間這個概念，因此ARM 體系下只有I/O 內存(可以直接理解為內存)。使用ioremap 函數將寄存器的物理地址映射到虛擬地址以后，我們就可以直接通過指針訪問這些地址，但是Linux 內核不建議這么做，而是推薦使用一組操作函數來對映射后的內存進行讀寫操作。

1、讀操作函數
讀操作函數有如下幾個：

1 u8 readb(const volatile void __iomem *addr) 2 u16 readw(const volatile void __iomem *addr) 3 u32 readl(const volatile void __iomem *addr)

readb、readw 和readl 這三個函數分別對應8bit、16bit 和32bit 讀操作，參數addr 就是要讀取寫內存地址，返回值就是讀取到的數據。

2、寫操作函數

寫操作函數有如下幾個：

1 void writeb(u8 value, volatile void __iomem *addr) 2 void writew(u16 value, volatile void __iomem *addr) 3 void writel(u32 value, volatile void __iomem *addr)

writeb、writew 和writel 這三個函數分別對應8bit、16bit 和32bit 寫操作，參數value 是要寫入的數值，addr 是要寫入的地址。

硬件原理圖分析

本章實驗硬件原理圖參考8.3 小節即可。

實驗程序編寫

本實驗對應的例程路徑為：開發板光盤-> 2、Linux 驅動例程-> 2_led。
本章實驗編寫Linux 下的LED 燈驅動，可以通過應用程序對I.MX6U-ALPHA 開發板上的LED 燈進行開關操作。

LED 燈驅動程序編寫

新建名為“2_led”文件夾，然后在2_led 文件夾里面創建VSCode 工程，工作區命名為“led”。
工程創建好以后新建led.c 文件，此文件就是led 的驅動文件，在led.c 里面輸入如下內容：

#include <linux/types.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/delay.h> #include <linux/ide.h> #include <linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/errno.h> #include <linux/gpio.h> #include <asm/mach/map.h> #include <asm/uaccess.h> #include <asm/io.h> /*************************************************************** Copyright ? ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved. 文件名 : led.c 作者 : 左忠凱 版本 : V1.0 描述 : LED驅動文件。 其他 : 無 論壇 : www.openedv.com 日志 : 初版V1.0 2019/1/30 左忠凱創建 ***************************************************************/ #define LED_MAJOR 200 /* 主設備號 */ #define LED_NAME "led" /* 設備名字 */#define LEDOFF 0 /* 關燈 */ #define LEDON 1 /* 開燈 *//* 寄存器物理地址 */ #define CCM_CCGR1_BASE (0X020C406C) #define SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE (0X020E0068) #define SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE (0X020E02F4) #define GPIO1_DR_BASE (0X0209C000) #define GPIO1_GDIR_BASE (0X0209C004)/* 映射后的寄存器虛擬地址指針 */ static void __iomem *IMX6U_CCM_CCGR1; static void __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO03; static void __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO03; static void __iomem *GPIO1_DR; static void __iomem *GPIO1_GDIR;/** @description : LED打開/關閉* @param - sta : LEDON(0) 打開LED，LEDOFF(1) 關閉LED* @return : 無*/ void led_switch(u8 sta) {u32 val = 0;if(sta == LEDON) {val = readl(GPIO1_DR);val &= ~(1 << 3); writel(val, GPIO1_DR);}else if(sta == LEDOFF) {val = readl(GPIO1_DR);val|= (1 << 3); writel(val, GPIO1_DR);} }/** @description : 打開設備* @param - inode : 傳遞給驅動的inode* @param - filp : 設備文件，file結構體有個叫做private_data的成員變量* 一般在open的時候將private_data指向設備結構體。* @return : 0 成功;其他 失敗*/ static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp) {return 0; }/** @description : 從設備讀取數據 * @param - filp : 要打開的設備文件(文件描述符)* @param - buf : 返回給用戶空間的數據緩沖區* @param - cnt : 要讀取的數據長度* @param - offt : 相對于文件首地址的偏移* @return : 讀取的字節數，如果為負值，表示讀取失敗*/ static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) {return 0; }/** @description : 向設備寫數據 * @param - filp : 設備文件，表示打開的文件描述符* @param - buf : 要寫給設備寫入的數據* @param - cnt : 要寫入的數據長度* @param - offt : 相對于文件首地址的偏移* @return : 寫入的字節數，如果為負值，表示寫入失敗*/ static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) {int retvalue;unsigned char databuf[1];unsigned char ledstat;retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);if(retvalue < 0) {printk("kernel write failed!\r\n");return -EFAULT;}ledstat = databuf[0]; /* 獲取狀態值 */if(ledstat == LEDON) { led_switch(LEDON); /* 打開LED燈 */} else if(ledstat == LEDOFF) {led_switch(LEDOFF); /* 關閉LED燈 */}return 0; }/** @description : 關閉/釋放設備* @param - filp : 要關閉的設備文件(文件描述符)* @return : 0 成功;其他 失敗*/ static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp) {return 0; }/* 設備操作函數 */ static struct file_operations led_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = led_open,.read = led_read,.write = led_write,.release = led_release, };/** @description : 驅動出口函數* @param : 無* @return : 無*/ static int __init led_init(void) {int retvalue = 0;u32 val = 0;/* 初始化LED *//* 1、寄存器地址映射 */IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(CCM_CCGR1_BASE, 4);//時鐘寄存器SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE, 4);//復用寄存器SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE, 4);//電氣屬性寄存器GPIO1_DR = ioremap(GPIO1_DR_BASE, 4);//方向GPIO1_GDIR = ioremap(GPIO1_GDIR_BASE, 4);//高低電平/* 2、使能GPIO1時鐘 */ //前面裸機的時候所有時鐘CCM_CCGR1~6都打開了，這里就不用了val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);val &= ~(3 << 26); /* 清除以前的設置 */val |= (3 << 26); /* 設置新值 */writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);/* 3、設置GPIO1_IO03的復用功能，將其復用為* GPIO1_IO03，最后設置IO屬性。*/writel(5, SW_MUX_GPIO1_IO03);/*寄存器SW_PAD_GPIO1_IO03設置IO屬性*bit 16:0 HYS關閉*bit [15:14]: 00 默認下拉*bit [13]: 0 kepper功能*bit [12]: 1 pull/keeper使能*bit [11]: 0 關閉開路輸出*bit [7:6]: 10 速度100Mhz*bit [5:3]: 110 R0/6驅動能力*bit [0]: 0 低轉換率*/writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);/* 4、設置GPIO1_IO03為輸出功能 */val = readl(GPIO1_GDIR);val &= ~(1 << 3); /* 清除以前的設置 */val |= (1 << 3); /* 設置為輸出 */writel(val, GPIO1_GDIR);/* 5、默認關閉LED */val = readl(GPIO1_DR);val |= (1 << 3); writel(val, GPIO1_DR);/* 6、注冊字符設備驅動 */retvalue = register_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME, &led_fops);if(retvalue < 0){printk("register chrdev failed!\r\n");return -EIO;}return 0; }/** @description : 驅動出口函數* @param : 無* @return : 無*/ static void __exit led_exit(void) {/* 取消映射 */iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1);iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03);iounmap(GPIO1_DR);iounmap(GPIO1_GDIR);/* 注銷字符設備驅動 */unregister_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME); }module_init(led_init); module_exit(led_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");

第22~26 行，定義了一些宏，包括主設備號、設備名字、LED 開/關宏。
第29~33 行，本實驗要用到的寄存器宏定義。
第36~40 行，經過內存映射以后的寄存器地址指針。
第47~59 行，led_switch 函數，用于控制開發板上的LED 燈亮滅，當參數sta 為LEDON(1)的時候打開LED 燈，sta 為LEDOFF(0)的時候關閉LED 燈。

第68~71 行，led_open 函數，為空函數，可以自行在此函數中添加相關內容，一般在此函數中將設備結構體作為參數filp 的私有數據(filp->private_data)。
第81~84 行，led_read 函數，為空函數，如果想在應用程序中讀取LED 的狀態，那么就可以在此函數中添加相應的代碼，比如讀取GPIO1_DR 寄存器的值，然后返回給應用程序。
第94~114 行，led_write 函數，實現對LED 燈的開關操作，當應用程序調用write 函數向led 設備寫數據的時候此函數就會執行。首先通過函數copy_from_user 獲取應用程序發送過來的操作信息(打開還是關閉LED)，最后根據應用程序的操作信息來打開或關閉LED 燈。
第121~124 行，led_release 函數，為空函數，可以自行在此函數中添加相關內容，一般關閉設備的時候會釋放掉led_open 函數中添加的私有數據。
第127~133 行，設備文件操作結構體led_fops 的定義和初始化。
第140~185 行，驅動入口函數led_init，此函數實現了LED 的初始化工作，147~151 行通過ioremap 函數獲取物理寄存器地址映射后的虛擬地址，得到寄存器對應的虛擬地址以后就可以完成相關初始化工作了。比如使能GPIO1 時鐘、設置GPIO1_IO03 復用功能、配置GPIO1_IO03的屬性等等。最后，最重要的一步！使用register_chrdev 函數注冊led 這個字符設備。
第192~202 行，驅動出口函數led_exit，首先使用函數iounmap 取消內存映射，最后使用函數unregister_chrdev 注銷led 這個字符設備。
第205~206 行，使用module_init 和module_exit 這兩個函數指定led 設備驅動加載和卸載函數。
第207~208 行，添加LICENSE 和作者信息。

APP測試程序編寫

編寫測試APP，led 驅動加載成功以后手動創建/dev/led 節點，應用APP 通過操作/dev/led文件來完成對LED 設備的控制。向/dev/led 文件寫0 表示關閉LED 燈，寫1 表示打開LED 燈。
新建ledApp.c 文件，在里面輸入如下內容：

#include "stdio.h" #include "unistd.h" #include "sys/types.h" #include "sys/stat.h" #include "fcntl.h" #include "stdlib.h" #include "string.h" /*************************************************************** Copyright ? ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved. 文件名 : ledApp.c 作者 : 左忠凱 版本 : V1.0 描述 : chrdevbase驅測試APP。 其他 : 無 使用方法 ：./ledtest /dev/led 0 關閉LED./ledtest /dev/led 1 打開LED 論壇 : www.openedv.com 日志 : 初版V1.0 2019/1/30 左忠凱創建 ***************************************************************/#define LEDOFF 0 #define LEDON 1/** @description : main主程序* @param - argc : argv數組元素個數* @param - argv : 具體參數* @return : 0 成功;其他 失敗*/ int main(int argc, char *argv[]) {int fd, retvalue;char *filename;unsigned char databuf[1];if(argc != 3){printf("Error Usage!\r\n");return -1;}filename = argv[1];/* 打開led驅動 */fd = open(filename, O_RDWR);if(fd < 0){printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);return -1;}databuf[0] = atoi(argv[2]); /* 要執行的操作：打開或關閉 *//* 向/dev/led文件寫入數據 */retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));if(retvalue < 0){printf("LED Control Failed!\r\n");close(fd);return -1;}retvalue = close(fd); /* 關閉文件 */if(retvalue < 0){printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);return -1;}return 0; }

ledApp.c 的內容還是很簡單的，就是對led 的驅動文件進行最基本的打開、關閉、寫操作等。

運行測試

編譯驅動程序和測試APP

1、編譯驅動程序
編寫Makefile 文件，本章實驗的Makefile 文件和第四十章實驗基本一樣，只是將obj-m 變量的值改為led.o，Makefile 內容如下所示：

KERNELDIR := /home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/linux/temp/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek CURRENT_PATH := $(shell pwd)obj-m := led.obuild: kernel_moduleskernel_modules:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modulesclean:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

第4 行，設置obj-m 變量的值為led.o。
輸入如下命令編譯出驅動模塊文件：

make -j32

編譯成功以后就會生成一個名為“led.ko”的驅動模塊文件。

2、編譯測試APP輸入如下命令編譯測試ledApp.c 這個測試程序：

arm-linux-gnueabihf-gcc ledApp.c -o ledApp

編譯成功以后就會生成ledApp 這個應用程序。

注意！如果大家使用的正點原子出廠系統來做本實驗，那么會發現LED 燈會一直閃爍。這是因為正點原子出廠系統默認將LED 燈作為了心跳燈，因此系統啟動以后LED 燈就會自動閃爍，這樣會影響大家做實驗。如果是完全按照本教程自行移植的內核和根文件系統，那么就不會遇到此問題。如果直接使用出廠系統來做實驗，我們需要關閉LED 燈的心跳功能，關閉方法參考《【正點原子】I.MX6U 用戶快速體驗》第3.1 小節，或者輸入如下命令即可：

echo none > /sys/class/leds/sys-led/trigger // 改變LED 的觸發模式

拷貝led.ko 和ledApp到指定目錄

將上一小節編譯出來的led.ko 和ledApp 這兩個文件拷貝到rootfs/lib/modules/4.1.15 目錄中【視頻里使用nfs文件夾網絡掛載】

加載led.ko 驅動模塊到內核

重啟開發板，進入到目錄lib/modules/4.1.15 中，輸入如下命令加載led.ko 驅動模塊：

depmod //第一次加載驅動的時候需要運行此命令 modprobe led.ko //加載驅動

創建應用層“/dev/led”設備節點

驅動加載成功以后創建“/dev/led”設備節點，命令如下：

mknod /dev/led c 200 0

運行測試

驅動節點創建成功以后就可以使用ledApp 軟件來測試驅動是否工作正常，輸入如下命令打開LED 燈：

./ledApp /dev/led 1 //打開LED 燈

輸入上述命令以后觀察I.MX6U-ALPHA 開發板上的紅色LED 燈是否點亮，如果點亮的話說明驅動工作正常。在輸入如下命令關閉LED 燈：

./ledApp /dev/led 0 //關閉LED 燈

輸入上述命令以后觀察I.MX6U-ALPHA 開發板上的紅色LED 燈是否熄滅，如果熄滅的話說明我們編寫的LED 驅動工作完全正常！至此，我們成功編寫了第一個真正的Linux 驅動設備程序。

如果要卸載驅動的話輸入如下命令即可：

rmmod led.ko

其他：網絡問題解決方法

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux LED驱动开发实验(直接操作寄存器 -- 实际开发很少这样做)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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